Трудоемкой до некоторых пор задачей на заводе компании apra-plast Plasticheuser-Systeme GmbH была заформовка 18 латунных резьбовых втулок, которые приходилось по отдельности и в нагретом виде вручную вставлять в раму из поликарбоната. При этом автоматизация процесса не оправдала бы себя из-за мелкой серийности производства. По той же причине был бы экономически неэффективен и процесс литья под давлением с использованием втулок в качестве закладных элементов.
Об этой «беде» узнали партнеры из компании Herrmann Ultraschall – известного разработчика и производителя сварочного УЗ-оборудования, которые предложили использовать УЗ для заформовки втулок в раму. И работа закипела.
Задача сборки заключалась в том, чтобы с помощью ультразвука заформовать эти 18 латунных резьбовых втулок в пластиковую раму. Сначала был разработан и изготовлен специальный волновод ножевого типа, который может одновременно и с прецизионной точностью погружать сразу несколько втулок в раму (см. титульное фото). При этом собственно процесс заформовки заключается в следующем. К установленным над соответствующими отверстиями в раме втулкам от прижатого к ним волновода подаются УЗ-колебания, которые через насечки на внешней поверхности втулок, выступающие на данной стадии в качестве концентраторов энергии, передаются к внутренней поверхности отверстий и расплавляют ее. Расплав поступает в поднутрения тех же насечек, создавая после быстрого охлаждения прочное, напоминающее замковое, механическое соединение при минимальном воздействии на основной материал пластиковой рамы и ее безупречном виде (рис. 1).
Важное значение имеет полное и равномерное погружение втулок в пластиковую раму, поскольку в дальнейшем та через эти резьбовые втулки свинчивается болтами с ответной корпусной деталью электротехнического прибора. Неровности на поверхности, такие как выступающие части втулок, могут привести к тому, что обе части пластикового корпуса впоследствии не будут плотно соединены друг с другом. Поэтому пластиковая рама в процессе заформовки в нее втулок должна быть абсолютна неподвижной и находиться точно в горизонтальном положении. Для этих целей на следующем этапе работ было создано специальное фиксирующее устройство с шаблоном, в котором имеются отверстия для предварительной установки в них втулок, расположенные над отверстиями в раме (рис. 2). Сварщик вставляет раму в это устройство, надежно фиксирует ее, устанавливает первую партию втулок, включает ультразвук и заформовывает их на одной из сторон четырехугольной рамы. После этого процесс повторяется на второй стороне рамы и т.д. В общей сложности требуются 4 таких процесса для заформовки всех 18 втулок по периметру рамы длиной 310 мм. Следует заметить, что собственно процесс УЗ-заформовки занимает секунды, а основное время цикла уходит на вспомогательные переходы – установку рамы в фиксирующее устройство, ее поворот для новой заформовки и т.д.
Таким образом, 18 технологических переходов, необходимых ранее для сборки втулок с рамой, были сокращены до 4, а время цикла – уменьшено почти до 40 с, что составляет лишь пятую часть от его первоначальной продолжительности.
Чтобы сократить время окупаемости настольной УЗ-машины, компания Herrmann Ultraschall предложила другие варианты ее использования для задач apra-plast. Так, благодаря системе быстрой замены сварочных инструментов эта машина за считанные минуты может быть переоборудована для сварки корпуса измерительного прибора из полиметилметакрилата (ПММА) со смотровым окошком из того же ПММА (рис. 3). Ранее процесс сборки осуществляли с помощью клея, что было сопряжено с рядом недостатков – увеличенной трудоемкостью, большой долей ручного труда, вероятностью нарушения герметичности, неряшливым внешним видом соединения и недостаточной экологичностью процесса. Всего этого удалось избежать в результате перехода на новую технологию сборки.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 8 (303) 2024 г., с. 54-56.
